(57)【要約】【課題】  作動性及び耐久性の向上が可能な直動装置を提供する。【解決手段】  螺旋状のねじ軸側ボール転動溝６を外周面に有するねじ軸２に、ねじ軸側ボール転動溝６と対向するナット側ボール転動溝８を内周面に有するナット４が螺合されているボールねじ１において、ねじ軸側ボール転動溝６及びナット側ボール転動溝８によって形成された螺旋状の負荷転動路１２内に、多数のボール１０を転動自在に配列し、円筒状の弾性体２０を、その中心軸を転動体転動路と平行に配置し、弾性体２０を、その軸方向長さをＬ、直径をｄとし、ボール１０の直径をｄａとしたときに、（Ｌ／ｄ）≧１及びｄａ＞ｄの各条件式を満足するように形成する。【選択図】    図１
2006189128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動体転動路内に多数のボールが転動自在に配列された直動装置において、
前記配列した多数のボールの列における一つまたは二つ以上のボール間に、円筒または円柱状の弾性体を、当該弾性体の中心軸を前記転動体転動路に沿って配置し、
前記弾性体の軸方向長さをＬ、前記弾性体の外径をｄとしたときに、
前記弾性体は、（Ｌ／ｄ）≧１の条件式を満足することを特徴とする直動装置。
【請求項２】
前記ボールの直径をｄａとしたときに、
前記弾性体は、ｄａ＞ｄの条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載した直動装置。
【請求項３】
前記弾性体の縁部を面取りしたことを特徴とする請求項１または２に記載した直動装置。
【請求項４】
前記弾性体に、潤滑剤溜り部をなす凹部または孔のうち少なくとも一方を設けたことを特徴とする請求項１から３のうちいずれかに記載した直動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種送り装置に用いられる直動装置、特に工作機械用等の高い負荷容量を要する直動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、工作機械用等の過酷な環境・条件下において使用されている直動装置としては、ボールねじやリニアガイド等がある。ボールねじとしては、例えば特許文献１に示すようなものがあり、このボールねじは、螺旋状のねじ軸側ボール転動溝を外周面に有するねじ軸に、ねじ軸側ボール転動溝に対向するナット側ボール転動溝を内周面に有するナットが螺合されている。
【０００３】
また、ねじ軸側ボール転動溝及びナット側ボール転動溝によって負荷転動路が形成され、この負荷転動路内には多数のボールが転動自在に配列されている。また、ナットの外周面には循環チューブが取り付けられており、循環チューブは、その両端部が負荷転動路と連通する戻し通路を形成している。そして、負荷転動路及び戻し通路によって、ボールが無限循環する転動体転動路が形成されている。
【０００４】
このような構成のボールねじでは、ねじ軸に対して相対的にナットが回転することにより、ボールの転動を介してナットが軸方向に移動する。
【特許文献１】特開２００１−９９２５６号公報（第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記したボールねじのような従来の直動装置では、例えば揺動運動のようなボール同士の競り合いが生じやすい運動を行いながら、転動体転動路内をボールが転動しつつ移動すると、ボール同士の競り合いが生じて、転動体転動路内でボールの詰まりが発生してしまう場合がある。また、直動装置を構成する各部品の加工精度が良好ではない場合や、転動体転動路内において各ボール毎の転動速度に差が生じている場合にも、転動体転動路内でボールの詰まりが発生してしまうおそれがある。
【０００６】
転動体転動路内でボールの詰まりが発生すると、転動体転動路内において多数のボール同士が互いに押し合うこととなり、ボールに疵や磨耗が生じてしまうため、直動装置の耐久性が低下してしまう。また、直動装置の作動トルクが増大するため、直動装置の作動性が低下してしまう。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、転動体転動路内において発生するボールの詰まりを解消し、ボールに疵や磨耗が生じることを防止するとともに、直動装置の作動トルク増大を防止することが可能な直動装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のうち、請求項１に記載した発明は、転動体転動路内に多数のボールが転動自在に配列された直動装置において、
前記配列した多数のボールの列における一つまたは二つ以上のボール間に、円筒または円柱状の弾性体を、当該弾性体の中心軸を前記転動体転動路に沿って配置し、
前記弾性体の軸方向長さをＬ、前記弾性体の外径をｄとしたときに、
前記弾性体は、（Ｌ／ｄ）≧１の条件式を満足することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明によると、転動体転動路内でボールの詰まりが発生すると、ボール間に配置されている弾性体に、弾性体の前後に配置されているボールから負荷が加わり、弾性体に弾性変形が生じる。そして、弾性体が、弾性体の前後に配置されているボールから受けた負荷は、弾性体に弾性変形が生じることにより吸収されるため、ボールの詰まりによって生じる作動トルクの増大が防止される。
【０００９】
また、弾性体の前方に配置されているボールに対し、弾性変形が生じた弾性体の復元力とともに、弾性体の後方に配置されているボールからの負荷が加わるため、ボールの詰まりが解消される。
さらに、弾性体を、その軸方向長さが外径以上となるように形成したため、転動体転動路内においてボールと弾性体との間に隙間が発生した場合でも、転動体転動路内における弾性体の転倒が防止される。
【００１０】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明であって、前記ボールの直径をｄａとしたときに、
前記弾性体は、ｄａ＞ｄの条件式を満足することを特徴とするものである。
本発明によると、弾性体を、弾性体の直径がボールの直径未満となるように形成したため、転動体転動路に形成されたＲ部に弾性体が干渉することが防止され、転動体転動路内において多数のボールを円滑に移動させることが可能となる。
【００１１】
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した発明であって、前記弾性体の縁部を面取りしたことを特徴とするものである。
本発明によると、弾性体の縁部を面取りしたため、直動装置を構成する各部品の加工誤差等によって転動体転動路内に段差が存在していても、この段差を弾性体がスムーズに通過することが可能となる。
【００１２】
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１から３のうちいずれかに記載した発明であって、前記弾性体に、潤滑剤溜り部をなす凹部または孔のうち少なくとも一方を設けたことを特徴とするものである。
本発明によると、弾性体に潤滑剤溜り部をなす凹部や孔を設けることにより、転動体転動路内に潤滑剤を供給することが可能となるため、直動装置の作動性が向上する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、転動体転動路内において発生したボールの詰まりを解消し、ボールに疵や磨耗が生じることを防止するとともに、直動装置の作動トルク増大が防止されるため、直動装置の耐久性及び作動性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、直動装置として、ボールねじを例にあげて説明する。
まず、図１及び図２を参照して本実施形態の構成を説明する。
図１に示すように、本実施形態のボールねじ１は、螺旋状のねじ軸側ボール転動溝６を外周面に有するねじ軸２に、ねじ軸側ボール転動溝６と対向するナット側ボール転動溝８を内周面に有するナット４が螺合されている。また、ねじ軸側ボール転動溝６及びナット側ボール転動溝８によって螺旋状の負荷転動路１２が形成されており、この負荷転動路１２内には、高炭素クロム軸受鋼等の金属材料で形成されている多数のボール１０が、転動自在に配列されている。そして、ねじ軸２に対して相対的にナット４が回転することにより、ボール１０の転動を介してナット４が軸方向に移動する構成となっている。
【００１５】
また、ナット４の外周面には略コの字型の循環チューブ１４が取り付けられており、循環チューブ１４は、その両端部が負荷転動路１２と連通する戻し通路１６を形成している。そして、負荷転動路１２及び戻し通路１６によって、ボール１０が無限循環する転動体転動路が形成されている。
多数のボール１０の列における一つまたは二つ以上のボール１０間には、円筒状の弾性体２０が、その中心軸を転動体転動路と平行に配置されている。なお、図中には、一つのボール１０間にのみ弾性体２０が配置されている状態、すなわち、多数のボール１０の列におけるボール１０間に配置される弾性体２０の数が、最も少ない状態を示している。弾性体２０は、ボール１０から負荷を受けた際に、この負荷によって弾性変形を生じる軟質の樹脂によって成形されている。なお、ボールねじ１が高速送りや高負荷用途において使用される場合は、弾性体２０を、熱変形温度が８０℃以上である樹脂によって成形することが好適である。
【００１６】
図２に示すように、弾性体２０には、弾性体２０を軸方向に貫通する貫通孔２４が設けられており、この貫通孔２４内にはグリス等の粘性の高い潤滑剤（図示せず）が充填されている。また、弾性体２０の縁部２２には外周側面取り部２６が設けられており、貫通孔２４には内周側面取り部２８が設けられている。
また、弾性体２０は、その軸方向長さをＬ、直径をｄとし、ボール１０の直径をｄａとしたときに、以下の条件式（１）及び（２）を満足するように形成されている。
（Ｌ／ｄ）≧１  …（１）
ｄａ＞ｄ        …（２）
【００１７】
次に、上記の構成を備えたボールねじ１の作用・効果等を説明する。
ねじ軸２に対して相対的にナット４が回転し、ボール１０の転動を介してナット４が軸方向に移動すると、多数のボール１０は転動体転動路内を転動しつつ移動する。
このとき、弾性体２０は、その軸方向長さＬが直径ｄ以上となるように形成されているため、ボール１０と弾性体２０との間に隙間が発生した場合でも、転動体転動路内における弾性体２０の転倒が防止されている。また、弾性体２０は、その直径ｄがボール１０の直径ｄａ未満となるように形成されているため、転動体転動路内の、例えば戻し通路１６等に形成されたＲ部に干渉することが防止されている。さらに、弾性体２０の縁部２２には外周側面取り部２６が設けられているため、転動体転動路内において、例えば負荷転動路１２と戻し通路１６との間等に、各部品の加工誤差等による段差が生じている場合であっても、弾性体２０は、段差が生じている場所を円滑に通過することが可能となる。すなわち、転動体転動路内におけるボール１０の円滑な移動が、弾性体２０によって阻害されることは防止されている。
【００１８】
転動体転動路内においてボール１０の詰まりが発生すると、ボール１０の詰まりが発生した箇所と弾性体２０との間に存在するボール１０（以下、前方のボール１０Ｆと示す）の移動速度が、弾性体２０の後方に存在するボール１０（以下、後方のボール１０Ｒと示す）の移動速度よりも低下する。そして、弾性体２０は、前方のボール１０Ｆと後方のボール１０Ｒとから負荷を受け、この負荷によって圧縮方向への弾性変形を生じる。このとき、弾性体２０が弾性変形することによって、ボール１０の詰まりによって生じるトルクの増大が防止され、ボールねじ１の作動性が向上する。
【００１９】
また、弾性体２０が弾性変形を生じると、後方のボール１０Ｒから弾性体２０へ加わっている負荷が、弾性体２０を介して前方のボール１０Ｆへと伝達される。そして、後方のボール１０Ｒからの負荷と、弾性変形を生じた弾性体２０の復元力とによって前方のボール１０Ｆが押し出され、前方のボール１０Ｆはボール１０の詰まりが発生した箇所を通過することが可能となるため、ボール１０の詰まりが解消される。このとき、弾性体２０が弾性変形を生じることによって、ボール１０の詰まりが発生してからボール１０の詰まりが解消されるまでに、ボール１０に加わる負荷が低減されるため、ボール１０に疵や磨耗が生じることが防止され、ボールねじ１の耐久性が向上する。
【００２０】
したがって、本実施形態のボールねじ１であれば、転動体転動路内においてボール１０の詰まりが生じても、弾性体２０に圧縮方向への弾性変形が生じることにより、ボール１０の耐久性及び作動性を向上させることが可能となる。
また、弾性体２０に設けた貫通孔２４内に潤滑剤を充填しているため、弾性体２０に圧縮方向への弾性変形が生じると、貫通孔２４内に充填されている潤滑剤が貫通孔２４の外部に押し出され、この押し出された潤滑剤が転動体転動路内に供給されるため、ボールねじ１の作動性が向上する。
【００２１】
さらに、ボール１０の一部が貫通孔２４内に摺動可能に保持されるため、転動体転動路内における弾性体２０の転倒が防止され、ボール１０の円滑な移動が可能となり、ボールねじ１の作動性が向上する。
なお、本実施形態では、直動装置としてボールねじ１を例にあげて説明したが、これに限定されるものではなく、直動装置としては、例えばリニアガイドであってもよい。
【００２２】
また、弾性体２０に貫通孔２４を設けることにより、弾性体２０を円筒状に形成したが、これに限定されるものではなく、弾性体２０を円柱状に形成してもよい。また、弾性体２０に凹部を設け、この凹部を潤滑剤溜り部としてもよい。
また、本実施形態では、弾性体２０の材料として、樹脂を用いた場合を例にあげて説明したが、これに限定されるものではなく、ボール１０から負荷を受けた際に、この負荷によって弾性変形を生じる材料であれば、例えば、自己潤滑性を有する他の材料であってもよい。
【００２３】
さらに、本実施形態では、貫通孔２４内にグリス等の粘性の高い潤滑剤を充填したが、例えば、多孔質の弾性体のように、オイル等の粘性の低い潤滑剤を含浸可能であるとともに、この含浸した潤滑剤を転動体転動路内へ供給可能な固形の潤滑剤含浸部材を、貫通孔２４内に配置してもよい。この場合、粘性の高い潤滑剤だけでなく、粘性の低い潤滑剤も使用することが可能となり、ボールねじ１の設計及び使用条件が拡大する。
【００２４】
以下、図３を参照して、ボール間に弾性体を配置したボールねじに配列されているボールの磨耗量と、ボール間に弾性体を配置していないボールねじに配列されているボールの磨耗量とを比較する。
図３は、既存のボールねじ耐久寿命試験機を用いて、本実施形態のボールねじと同様の構成を有し、それぞれねじ軸の径が異なる三種類のボールねじに対して、５００ｋｍ走行後のボールに生じた磨耗量を比較したものである。
【００２５】
以下に、各実験例における共通の条件を示す。
試験機名：ＮＳＫ製ボールねじ耐久寿命試験機、最高回転数：３０００ｍｉｎ-1、加速度：０．８Ｇ、潤滑剤：ＩＳＯ  ＶＧ＃６８、ストローク：０．１ｍ
ここで、各実験例において、弾性体は、１巻き内に１個の割合で配置されている。
また、以下に、各実験例毎に固有の条件を示す。
【００２６】
・実験例１（弾性体６個）
使用ボールねじ呼び番：ＮＳＫボールねじ４０×２０×１０００−Ｃ５（ボール径１／４インチ）、予圧荷重：１５００Ｎ
・実験例２（弾性体５個）
使用ボールねじ呼び番：ＮＳＫボールねじ３２×１６×８００−Ｃ５（ボール径７／３２インチ）、予圧荷重：１０００Ｎ
・実験例３（弾性体５個）
使用ボールねじ呼び番：ＮＳＫボールねじ５５×２０×１０００−Ｃ５（ボール径１／４インチ）、予圧荷重：３５００Ｎ
【００２７】
図中の左側の縦軸は磨耗比を示している。なお、磨耗比は、各実験例において、ボール間に弾性体を配置していないボールねじを５００ｋｍ走行した後に、ボールに生じた磨耗量を１としている。
図中に示されているように、ボール間に弾性体を配置したボールねじに配列されているボールの磨耗量は、ボール間に弾性体を配置していないボールねじに配列されているボールの磨耗量と比較して、大幅に低下する。
したがって、ボール間に弾性体を配置することにより、ボールに生じる磨耗が大幅に低下するため、ボールねじの耐久性の向上が可能となり、ボールねじの長寿命化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のボールねじの軸方向断面図である。
【図２】弾性体の寸法を示す図である。
【図３】本発明のボールねじに対する耐久寿命試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    ボールねじ
２    ねじ軸
４    ナット
６    ねじ軸側ボール転動溝
８    ナット側ボール転動溝
１０  ボール
１２  負荷転動路
１４  循環チューブ
１６  戻し通路
２０  弾性体
２２  縁部
２４  貫通孔
２６  外周側面取り部
２８  内周側面取り部
Ｌ    弾性体の軸方向長さ
ｄ    弾性体の直径
【図１】
2006189128.tif 000003
【図２】
2006189128.tif 000004
【図３】
2006189128.tif 000005